Simulación de la evolución del desgaste del hilo de contacto en catenarias ferroviarias de alta velocidad

Abstract

[ES] La catenaria ferroviaria es la estructura aérea de cables situada a lo largo del trazado de la vía encargada del suministro eléctrico del tren. Dicho suministro se realiza mediante la interacción del hilo de contacto con los frotadores del pantógrafo, mecanismo ubicado en el la parte superior de la locomotora. Debido a las elevadas velocidades de deslizamiento y a la fuerza de interacción entre ambos sistemas en contacto, se produce un elevado desgaste tanto en el hilo de contacto como en los frotadores que finalmente obliga a reemplazar estos componentes. En este trabajo se estudia la evolución a largo plazo del desgaste del hilo de contacto en función de diferentes parámetros operativos como la velocidad del tren o la fuerza de contacto entre en hilo de contacto y el pantógrafo. Para ello se emplea el software PACDIN, código desarrollado en Matlab por miembros del Instituto de Ingeniería Mecánica y Biomecánica de la UPV. Durante el proyecto se explica cómo se utiliza este software y se analizan los resultados tras simular con un mismo modelo de catenaria inicial el desgaste del hilo de contacto después de interaccionar con el pantógrafo. Estos resultados de desgaste se analizan variando la velocidad de circulación y la fuerza estática de empuje del pantógrafo sobre el hilo de contacto. Finalmente se concluye observando cuales son los parámetros más importantes que influyen en el desgaste del hilo de contacto y así poder estimar la vida útil del hilo de contacto para distintas condiciones de funcionamiento.

[EN] The railway catenary is the aerial cable structure located along the track's route in charge of the train's electricity supply. Said supply is carried out through the interaction of the contact wire with the rubbers of the pantograph, a mechanism located in the upper part of the train. Due to the high sliding speeds and the interaction force between both systems in contact, there is high wear on both the contact wire and the rubbers, which ultimately forces these components to be replaced. In this study, the long-term evolution of contact wire wear is studied as a function of different operating parameters such as train speed or the contact force between the contact wire and the pantograph. For this, the PACDIN software is employed, a code developed in Matlab by members of the UPV's Institute of Mechanical and Biomechanical Engineering. During the project, it's explained how this software is used and how the results are analyzed after simulating with the same initial catenary model the wear of the contact wire after interacting with the pantograph. These wear results are analyzed by varying the flow speed and the static force of the pantograph on the contact wire. It is concluded by observing which are the most important parameters that influence the wear of the contact wire and estimate the useful life of the contact wire for different operating conditions.